Druhý termodynamický zákon Molekulová fyzika Druhý termodynamický zákon

Opakování – činnost motoru Platí: Motor odebírá teplo z ohřívače (zdroj tepla o vysoké teplotě), přenáší jej na chladič (příjemce tepla o nízké teplotě) a část tepla mění na práci. Účinnost motoru: T1 Q1 Wp Q2 T2 T1 > T2

Princip tepelných motorů Pro výrobu hodně práce musíme mít výkonný co nejteplejší ohřívač obrovský co nejstudenější chladič, který pojme hodně tepla a nezahřeje se Samotný princip motoru je děsně nevýhodný práci vykonává pouze díky tomu, že ho postavíme do cesty teplu, které chce přecházet z ohřívače na chladič, při tom motoru dá malou část své energie na práci

Úloha – co brát teplo z chladiče? Jaderná elektrárna Temelín má výkon 2000 MW. Urči o kolik stupňů by poklesla teplota vody v blízké Vltavě, kdyby elektrárna získávala vyráběnou energii z vody. Průtok vody ve Vltavě v blízkém Týnu nad Vltavou je přibližně 40.103 m/s. Práce vyrobená za sekundu = teplo z vody, jenž protekla za sekundu P = 2000MW=2.109W Q = 40m3/s Δt = ?[°C] Teplota vody by poklesla o 12 °C.

Proč tedy nezískávat teplo z vody? Kromě zimy by to bylo realizovatelné. Státy u moře by měly energii úplně zadarmo po celý rok. Přes zimu bychom nakupovali energii od nich. I když předchozí nápad neodporuje zákonu zachování energie, není fyzikálně možný. Proč?

Perpetuum mobile druhého druhu Nešlo by postavit motor, který by pouze odebíral teplo z ohřívače a měnil ho na práci – tzv. perpetum mobile druhého druhu? T1 Q1= Wp

1) Lze zrušit chladič? Chladič nám zajišťuje návrat do počátečního bodu kruhového děje motoru po křivce s nižší prací. Bez něj bychom nakonec vložili pro návrat do počátečního bodu stejnou práci → žádný užitek. Bez chladiče motor nefunguje!

2) Lze tedy ohřívat chladičem ohřívač? Nejrychlejší molekuly chladiče by se musely srážet s nejpomalejšími molekulami ohřívače. Rychlejší molekuly ohřívače by se nesměly srážet s pomalejšími molekulami chladiče. Tento jev může nastat, ale je velmi nepravděpodobný (kvadrlióny molekul) Chladič nemůže ohřívat ohřívač.

2. Termodynamický zákon Mluví o předchozích závěrech, různé formulace: Není možné sestrojit periodicky pracující stroj, který by jen přijímal teplo od ohřívače a měnil jej na stejně velkou práci. Nelze sestrojit perpetuum mobile druhu. Teplejší těleso nemůže samovolně přijímat teplo od studenějšího tělesa.

Tepelná elektrárna Stroj na plýtvání – studenou páru, která roztočila turbínu, v kondenzátoru pomocí vody z chladícího okruhu necháváme zkapalnit. Tím jí odebíráme energii, kterou ji potom musíme znovu pracně dodávat v kotli. Kolik práce z dodaného tepla získáme? Autor: FDominec, dostupné pod licencí CC: http://commons.wikimedia.org/wiki/File%3APowerStation_cs.svg

Účinnost motorů Sadi Carnot odvodil, že účinnost tepelného stroje η je menší než maximální teoretická účinnost ηmax daná vztahem: T1… teplota spálených plynů (resp. vstupující pára) T2… teplota výfukových plynů (resp. vystupující pára) Účinnost tepelného motoru je tím větší, čím vyšší je rozdíl teplot mezi ohřívačem a chladičem. Skutečná účinnost je mnohem menší než maximální teoretická vlivem různých ztrát.

Úkol Pára se v kotli tepelné elektrárny zahřívá na teplotu 500 C°. V kondenzátoru je ochlazována na 50 C°. Urči maximální možnou účinnost elektrárny. T1 = 500°C = 773 K T2 = 500°C = 323 K ηmax = ? [] Teoreticky možná účinnost elektrárny je 58%. Skutečná účinnost se však pohybuje mezi 25% a 35%.

Úkol Proč je pro elektrárenské společnosti výhodné studené počasí. Studené počasí znamená nižší teplotu vody z chladicích věží a nižší teplotu chladiče. Proč elektrárna za mrazu vyrobí ze stejného množství uhlí více elektřiny? Elektrárna tak pracuje s větším tepelným rozdílem a tedy i větší účinností.

Úlohy Ve sbírce 82/105, 107, 109 DÚ 82/108, 110

Použité zdroje [1] RNDr Karel Bartuška, prof. RNDr. Emanuel Svoboda, CSc. Fyzika pro gymnázia. Molekulová fyzika. Dotisk 4. přepracovaného vydání. Praha: Prometheus, 2000. 244s. ISBN 80-7196-200-7 [2] Internetová učebnice: http://ucebnice.krynicky.cz/Fyzika/index.html